Photolithographic fabrication of polymer-based photonic sensor systems for multi-scenario applications

Diese Dissertation präsentiert einen photolithographischen Fertigungsablauf für verschiedene photonische Mikrostrukturen und Sensorsysteme unter Verwendung von Polymer-Photoresists. Die Parameter für den photolithographischen Prozess, einschließlich Geschwindigkeit für Spin- Coating und Laserenergie für Belichtung und Patternerzeugung, werden systematisch optimiert; zusätzlich werden Nachbearbeitungsverfahren wie optische Einkopplung und Signalaufnahme verfeinert, um Transmissionsverluste zu minimieren. Zur Demonstration der Vielseitigkeit der gefertigten Sensorsysteme werden zwei Anwendungsszenarien vordefiniert: ein evaneszenzfeldbasiertes Lab-on-a-Chip (LOC)-Gerät und ein flexibler taktiler Sensor für die Anwendung in der Chirurgie. Die erste Anwendung umfasst die Entwicklung eines LOC-Geräts, das einen planaren Wellenleiter-Bragg-Gitter-Sensor auf einem Silicaglass-Substrat verwendet, der in einen mikrofluidischen Kanal integriert ist, um evaneszenzfeldbasierte Sensortechnologien wie die Überwachung von Brechungsindexänderungen in Flüssiganalysen und die Detektion von Wasserstoffgas in Stickstoff zu ermöglichen. Die zweite Anwendung beschreibt einen taktilen Sensor, der auf einem multimodalen planaren Polymerwellenleiter basiert und auf einem flexiblen Polymersubstrat gefertigt ist. Dieser Sensor zeigt die Fähigkeit, verschiedene Niveaus von Kontaktkraftgrößen zu unterscheiden, Materialsteifigkeit zu differenzieren und Oberflächenprofile zu rekonstruieren. Schließlich ist der Wellenleiter-Sensor in einen Sensorkopf integriert, der für verschiedene Sensoranwendungen in minimal-invasiven chirurgischen Verfahren konzipiert ist. Abschließend ermöglicht die beschriebene photolithographische Methode die schnelle Prototypenentwicklung kompakter polymerbasierter photonischer Sensorsysteme für biochemische und biomedizinische Anwendungen und unterstützt damit Fortschritte in den integrierten photonischen Technologien.